Από τα εργαστήρια στο διάστημα:Πειραματικοί οργανισμοί συμβάλλουν στη διαστημική έρευνα
Το διάστημα ανέκαθεν ενθουσίαζε την περιέργεια της ανθρωπότητας. Από την πρώτη μας κατανόηση της κοσμολογίας μέχρι την προσγείωση στο φεγγάρι και κλασικές ταινίες όπως το Star Wars, αναρωτιόμασταν συνεχώς ποιος ή τι υπάρχει εκεί έξω. Μέχρι στιγμής, υπάρχουν δημοφιλείς ειδήσεις σχετικά με το πώς η SpaceX έστειλε ένα όχημα Tesla προς την τροχιά του Άρη ως μέρος ενός οράματος για τον άνθρωπο ως διαπλανητικό είδος (Musk, 2017). Ωστόσο, το διάστημα δεν είναι ένα φιλόξενο μέρος για τους ανθρώπους, καθώς πολλές συνθήκες του εξωτερικού διαστήματος έχουν δυσμενείς επιπτώσεις στην ανθρώπινη υγεία.
Οι αστροναύτες που αποφασίζουν να τολμήσουν στο διάστημα πρέπει να περάσουν από εντατική εκπαίδευση για να είναι όσο το δυνατόν καλύτερα προετοιμασμένοι. Ωστόσο, οι συνθήκες έξω από την αγαπημένη μας Γη είναι πολύ διαφορετικές όσον αφορά τη βαρύτητα, το διαθέσιμο οξυγόνο, τη θερμοκρασία και την ακτινοβολία. Τέτοιες καταστάσεις μπορούν να επηρεάσουν το ανθρώπινο σώμα με πολλούς διαφορετικούς τρόπους. Η όραση μεταβάλλεται έντονα λόγω της αύξησης των υγρών στο πάνω μέρος του σώματος που παράγονται από την έλλειψη βαρύτητας, η οποία αλλάζει τη θέση του οπτικού νεύρου (Kramer et al., 2012). Άλλες συνέπειες είναι απλώς «διασκεδαστικές», όπως η αίσθηση της γεύσης που τροποποιείται ή μερικώς χάνεται κατά τη διάρκεια των αποστολών. Αν έχετε φάει ποτέ ένα γεύμα κατά την πτήση, το έχετε βιώσει και αυτό! Στα 10.000 μέτρα ύψος, οι γευστικοί κάλυκες και η όσφρησή μας αλλάζουν — δεν πρέπει πλέον να κατηγορούμε τα γεύματα κατά την πτήση για τη γεύση τους!
Ωστόσο, υπάρχουν και άλλοι τύποι πιο σοβαρών προβλημάτων υγείας που σχετίζονται με τα διαστημικά περιβάλλοντα. Η μείωση της οστικής πυκνότητας και η μυϊκή ατροφία, για παράδειγμα, προέρχονται από την έλλειψη βαρύτητας στο διάστημα. Η υποξία, μια κατάσταση κατά την οποία ο ιστός στο σώμα έχει μειωμένες ποσότητες οξυγόνου λόγω περιορισμένης ανταλλαγής αερίων σε συνθήκες κενού είναι ένα άλλο παράδειγμα. Τα παρατεινόμενα μικρόβια, το στρες, οι αλλοιωμένοι κύκλοι ύπνου, η ακτινοβολία και η απομόνωση έχουν συσχετιστεί με ασθενείς ανοσολογικές αποκρίσεις στους αστροναύτες (Crucian et al., 2015; Crucian et al., 2016). Ως αποτέλεσμα, αυτού του είδους οι παράγοντες πρέπει πάντα να λαμβάνονται υπόψη κατά την οργάνωση μεγαλύτερων αποστολών στο βαθύ διάστημα.
Παρόλο που οι επιστήμονες και οι αστροναύτες αρχίζουν να συνειδητοποιούν τον αντίκτυπο των διαστημικών συνθηκών στην ανθρώπινη υγεία, ήταν δύσκολο να εντοπιστούν οι βιολογικές συνέπειες πίσω από τις περιβαλλοντικές συνθήκες των διαστημικών πτήσεων, ειδικά λόγω του περιορισμένου εύρους των περιβαλλόντων που έχουν δοκιμαστεί. Είναι κρίσιμο να αντιμετωπίσουμε αυτά τα ζητήματα για να συνεχίσουμε την εξερεύνηση του διαστήματος, αλλά είναι ανήθικο να μελετήσουμε τέτοιες συνθήκες χρησιμοποιώντας ανθρώπινα υποκείμενα. Ως εκ τούτου, οι επιστήμονες έχουν στραφεί στη χρήση άλλων απλών, αλλά ισχυρών, ζώων και μικροοργανισμών, γνωστών ως πειραματικοί οργανισμοί.
Πειραματικοί οργανισμοί όπως μύγες, σκουλήκια, βακτήρια και ποντίκια είναι χρήσιμοι για την καλύτερη κατανόηση των επιπτώσεων των συνθηκών στο διάστημα στην ανθρώπινη υγεία. Είναι γενετικά παρόμοια με τα αντίστοιχα του ανθρώπου. Επιπλέον, αυτοί οι πειραματικοί οργανισμοί διαθέτουν προηγμένα γενετικά και μοριακά βιολογικά εργαλεία που παρέχουν στους επιστήμονες πληροφορίες για το πώς επηρεάζονται ορισμένα γονίδια λόγω των διαστημικών συνθηκών και πώς να προστατεύσουν το σώμα ενός ανθρώπου από τέτοιες επιδράσεις. Το πιο σημαντικό, η χρήση αυτών των οργανισμών παρέχει στους επιστήμονες μια παρόμοια ομάδα δειγμάτων, σε αντίθεση με τα ανθρώπινα υποκείμενα που μπορεί να διαφέρουν ως προς το βάρος, το ύψος και το γενετικό υπόβαθρο. Επομένως, οι ερευνητές μπορούν να τα χρησιμοποιήσουν για να σχεδιάσουν προσεκτικά πειράματα που αναδημιουργούν συνθήκες που βιώνουν οι αστροναύτες ή αξιολογούν ένα ευρύτερο φάσμα περιβαλλόντων.
Πρόσφατες μελέτες έχουν δείξει ότι οι αστροναύτες που συμμετείχαν στις αποστολές Apollo είναι πιο πιθανό να αναπτύξουν καρδιαγγειακές παθήσεις από τους αστροναύτες τόσο σε αποστολές πτήσης χωρίς πτήση όσο και σε αποστολές πτήσης σε χαμηλή τροχιά. Για να ελέγξουν εάν η έλλειψη βαρύτητας και η κοσμική ακτινοβολία θα μπορούσαν να συσχετιστούν με αυτά τα ευρήματα, οι επιστήμονες εξέθεσαν ποντίκια και στις δύο συνθήκες για 6 έως 7 μήνες και παρακολούθησαν τις αγγειακές αποκρίσεις τους καθ' όλη τη διάρκεια του πειράματος. Η έκθεση ποντικών σε κοσμική ακτινοβολία έθεσε σε κίνδυνο τους μηχανισμούς που μεσολαβούν στην αύξηση του όγκου των αρτηριών ή στην αγγειοδιαστολή. Όταν η αγγειοδιαστολή είναι εξασθενημένη, οι αρτηρίες μπορεί να φράξουν και λιγότερο οξυγόνο θα ρέει στην καρδιά, γεγονός που μπορεί να οδηγήσει σε καρδιακή προσβολή ή εγκεφαλικό. Οι ερευνητές κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι η κοσμική ακτινοβολία είναι ο κύριος μοχλός του αυξημένου κινδύνου καρδιαγγειακών παθήσεων για τους αστροναύτες που έφυγαν από την τροχιά της Γης (Delp, et al., 2016).
Επιπλέον, τρέχουσες μελέτες σχετικά με τις επιπτώσεις των διαστημικών πτήσεων στη λειτουργία και την ανάπτυξη του καρδιαγγειακού συστήματος πραγματοποιούνται χρησιμοποιώντας μύγες φρούτων στο πρόγραμμα HEART FLIES. Προηγούμενα πειράματα περιλάμβαναν τη δοκιμή των επιπτώσεων των μεμονωμένων διαφορών στο γονιδίωμα των μυγών στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό. Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι τα κανάλια ιόντων, τα οποία μεταδίδουν ηλεκτρικά σήματα σημαντικά για πολλές διαφορετικές βιολογικές διεργασίες, επηρεάζονται στο διάστημα. Συγκεκριμένα, η βαρύτητα τρεις φορές ισχυρότερη από αυτή της Γης επηρεάζει τη ρύθμιση των γονιδίων που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή αυτών των πρωτεϊνών, καθώς και άλλες κυτταρικές διεργασίες (Hateley, et al., 2016). Επιπλέον, άλλες μελέτες εξήγησαν πώς τα γονίδια που εμπλέκονται στην ανάπτυξη των φτερών της μύγας ενηλίκων ρυθμίζονται προς τα κάτω σε σύγκριση με τους ελέγχους εδάφους, υποδηλώνοντας ότι οι οργανισμοί μπορούν να προσαρμοστούν στη διαστημική πτήση (Parsons-Wingerter et al., 2015). Αυτά τα αποτελέσματα μας βοηθούν να κατανοήσουμε καλύτερα τους κινδύνους που θα αντιμετωπίσουν οι μελλοντικοί αστροναύτες αμέσως μετά την εγκατάστασή τους σε πλανήτες με διαφορετική βαρύτητα από αυτή της Γης και πώς θα μπορούσαν να προσαρμοστούν με την πάροδο του χρόνου.
Η αποστολή ανθρώπων στο διάστημα ήταν ένα όνειρο μέχρι το 1969 όταν οι άνθρωποι προσγειώθηκαν στο φεγγάρι για πρώτη φορά. Τώρα που μπορούμε να ταξιδέψουμε στο διάστημα, το ερώτημα είναι:πώς μπορούμε να ζήσουμε εκεί και τι αντίκτυπο έχει το διάστημα στην υγεία μας; Οι επιστήμονες διερευνούν τις επιπτώσεις του διαστήματος στην υγεία των αστροναυτών στέλνοντας πειραματικούς οργανισμούς στο διάστημα, κάτι που μας βοήθησε να κατανοήσουμε τις κυτταρικές και μοριακές αλλαγές που συμβαίνουν στο σώμα των αστροναυτών. Η γνώση που αποκτήθηκε μέσα από αυτά τα πειράματα θα παράσχει πολύτιμα ευρήματα σχετικά με τους κινδύνους περαιτέρω εξόρμησης στο διάστημα. Με τον καιρό, η αντιμετώπιση αυτών των παραγόντων θα συμβάλει σε μια νέα εποχή εξερεύνησης του διαστήματος που θα οδηγήσει σε πολλές συναρπαστικές προόδους σε διάφορους τομείς της επιστήμης.
Αναφορές:
- Crucian, B., Babiak-Vazquez, A., Johnston, S., Pierson, D. L., Ott, C. M., &Sams, C. (2016). Επίπτωση κλινικών συμπτωμάτων κατά τη διάρκεια μακράς διάρκειας τροχιακής πτήσης στο διάστημα. Διεθνές περιοδικό γενικής ιατρικής, 9, 383-391.
- Crucian, B., Stowe, R. P., Mehta, S., Quiriarte, H., Pierson, D., &Sams, C. (2015). Οι αλλαγές στην προσαρμοστική ανοσία επιμένουν κατά τη διάρκεια μακράς διάρκειας διαστημικών πτήσεων. npj Microgravity, 1, 15013.
- Delp, M., Charvat, J., Limoli, C., Globus, R., &Ghosh, P., (2016). Οι σεληνιακούς αστροναύτες του Apollo δείχνουν Υψηλότερη θνησιμότητα από καρδιαγγειακά νοσήματα:Πιθανές επιδράσεις ακτινοβολίας στο βαθύ διάστημα στο Vascular Endothelium, Nature Scientific Reports, 6, 29901.
- Hateley, S., Hosamani, R., Bhardwaj, S., Pachter, L., &Bhattarchaya, S., (2016). Μεταγραφική απόκριση της νύμφης Drosophila melanogaster που αναπτύχθηκε στην υπερβαρύτητα, Genomics, 108(3-4), 158-167.
- Kramer, L. A., Sargsyan, A. E., Hasan, K. M., Polk, J. D., &Hamilton, D. R. (2012). Τροχιακές και ενδοκρανιακές επιδράσεις της μικροβαρύτητας:ευρήματα στην απεικόνιση 3-T MR. Radiology, 263(3), 819-827.
- Musk, E. (2017). Making Humans a Multi-Planetary Species, New Space, 5(2), 46-61.
- Parsons-Wingerter, P., Hosamani, R., Vickerman, M., and Bhattacharya S. (2015). Χαρτογράφηση από το VESGEN του φαινοτύπου της φλέβας των φτερών στη Drosophila για ποσοτικοποίηση προσαρμογών σε διαστημικά περιβάλλοντα. Βαρυτική και Διαστημική Έρευνα. 3(2), 54-64.
